JP5556068B2 - 排ガス処理設備の流体拡散装置 - Google Patents

Description

本発明は、火炉からの排ガスを処理する排ガス処理設備の流体拡散装置に関するものである。

一般に石炭焚きボイラの排ガス処理設備は、火炉から煙突へ排ガスを流す流路に、上流側から順に脱硝装置、集塵器、脱硫装置を設置している。

脱硝装置は、所定の触媒を備えた構成であり、触媒で排ガス中のＮＯｘを還元処理して除去するようにしている。又、集塵器は、電気集塵器やバグフィルタ等であり、排ガス中の煤や塵を除去するようにしている。更に脱硫装置は、炭酸カルシウムを含む反応液を噴霧する噴霧手段を備え、反応液の噴霧により排ガス中のＳＯｘを硫酸カルシウムにして除去するようにしている。

一方で、石炭焚きボイラで石炭を燃焼した際には、排ガス中に難燃性の金属水銀Ｈｇ^０が含まれる可能性があることから、排ガス中に塩化水素ＨＣｌを添加して［式１］より難燃性の金属水銀Ｈｇ^０を２価水銀Ｈｇ^２＋に形態変換させ、湿式脱硫装置で溶解除去することが考えられている。
［式１］
Ｈｇ^０＋２ＨＣｌ＋１／２Ｏ_２→ＨｇＣｌ_２＋Ｈ_２Ｏ
ここで２価水銀Ｈｇ^２＋はＨｇＣｌ_２で示されている。

なお、本発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等が既に存在している。

特開２００４−２３７２４４号公報

しかしながら排ガスには流路断面で濃度ムラがあるため、難燃性の金属水銀Ｈｇ^０と塩化水素ＨＣｌとを効率良く反応させることができないという問題があった。又、排ガス中には灰や煤が多量に含まれているため、複雑な処理や機器を用いた場合には灰や煤が付着して適切に処理できないという問題があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、排ガス中に含まれる濃度ムラを解消して効率良く反応させる排ガス処理設備の流体拡散装置を提供しようとするものである。

本発明の排ガス処理設備の流体拡散装置は、石炭焚きボイラの火炉から集塵器まで排ガスを流す流路に配置される排ガス処理設備の流体拡散装置であって、
石炭焚きボイラの火炉から集塵器までの流路に位置して水銀酸化反応を生じる第一触媒と、
第一触媒の下流側で且つ集塵器の上流側に位置して脱硝反応を生じる第二触媒と、
石炭焚きボイラの火炉の下流側で且つ第一触媒の上流側に位置して排ガスにハロゲン化ガスを噴霧する第一の添加手段と、
第一の添加手段の下流で且つ第一触媒の上流に位置して流路の口径を狭くする第一の絞り部と、
第一触媒から第二触媒までの流路に位置して排ガスにアンモニアガスを噴霧する第二の添加手段と、
第二の添加手段の下流で且つ第二触媒の上流に位置して流路の口径を狭くする第二の絞り部とを備えたものである。

本発明の排ガス処理設備の流体拡散装置において、第一の添加手段及び第二の添加手段は、流路の下流側に向けて流体を噴霧する噴出管を備えると共に、第一の絞り部及び第二の絞り部は、口径を徐々に絞る斜面を備えることが好ましい。

又、本発明の排ガス処理設備の流体拡散装置において、第一の添加手段は、二本の噴出管を流路の断面で互いに直交するように互い違いに配置する構成を備え、
第二の添加手段は、二本の噴出管を流路の断面で互いに直交するように互い違いに配置する構成を備えることが好ましい。

又、本発明の排ガス処理設備の流体拡散装置において、第一の添加手段は、複数の噴出管を流路の断面で一方向で並列に並べると共に、他の複数の噴出管を、一方向の噴出管と直交する方向で並列に並べ且つ一方向の噴出管と互い違いになるように配置する構成を備え、
第二の添加手段は、複数の噴出管を流路の断面で一方向で並列に並べると共に、他の複数の噴出管を、一方向の噴出管と直交する方向で並列に並べ且つ一方向の噴出管と互い違いになるように配置する構成を備えることが好ましい。

更に、本発明の排ガス処理設備の流体拡散装置において、第一の添加手段は、噴出管の噴射孔を、噴出管の延在方向に沿って複数列に形成し、且つ下流方向で斜め両側へ向かうように形成する構成を備え、
第二の添加手段は、噴出管の噴射孔を、噴出管の延在方向に沿って複数列に形成し、且つ下流方向で斜め両側へ向かうように形成する構成を備えることが好ましい。

本発明の排ガス処理設備の流体拡散装置によれば、添加手段により流体を流路に添加して排ガスと混合すると共に、流路の口径を狭くした絞り部により添加手段の下流側で排ガスの流速を上げて排ガスと添加の流体を撹拌するので、濃度ムラを無くして添加の流体と効率良く反応させることができる。又、排ガス中に灰や煤が多量に含まれる場合であっても、複雑な処理や機器を用いた場合と異なり、添加手段と絞り部の簡易な構成で処理し得るので、灰や煤の付着を抑制して排ガスを適切に処理することができるという優れた効果を奏し得る。

本発明の排ガス処理設備を示す全体概要構成図である。 本発明の排ガス処理設備の流体拡散装置を示す概要構成図である。 本発明の排ガス処理設備の流体拡散装置における第一例の添加手段を示す平面図である。 第一例の添加手段の構成を示す概念図である。 本発明の排ガス処理設備の流体拡散装置における第二例の添加手段を示す平面図である。 本発明の排ガス処理設備の流体拡散装置における第三例の添加手段を示す平面図である。 第三例の添加手段の作用を示す概念図である。

以下、本発明の実施の形態例を図１〜図７を参照して説明する。

実施の形態例である排ガス処理設備の流体拡散装置１は、石炭焚きボイラの火炉２から煙突３までの流路４に位置し、且つ火炉２から脱硝装置（脱硝手段）５までの煙道や配管等に設置されている。

又、火炉２から煙突３までの排ガスの流路４には、排ガス処理設備として上流側から順に脱硝装置５、集塵器６、脱硫装置７が設置されており、脱硝装置５は、水銀酸化反応を生じる第一触媒８を備えると共に、第一触媒８の下流側に脱硝反応を生じる第二触媒９を備えている。ここで第一触媒８及び第二触媒９は、担体がＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２等から選択され、担体にはＶ、Ｃｕ、Ｗ等の単体、酸化物、化合物から選択した活性成分が担持されている。

流体拡散装置１は、火炉２と第一触媒８の間に第一の添加手段１０ａを設置すると共に、第一の添加手段１０ａの下流側に位置するように第一の添加手段１０ａと第一触媒８との間に第一の絞り部１１ａを備えている。又、流体拡散装置１は、第一触媒８と第二触媒９の間に第二の添加手段１０ｂを設置すると共に、第二の添加手段１０ｂの下流側に位置するように第二の添加手段１０ｂと第２触媒との間に第二の絞り部１１ｂを備えている。

第一の添加手段１０ａ及び第二の添加手段１０ｂは、煙道や配管等の流路４に一本又は複数本の噴出管１２を配置し、噴出管１２には、供給管１３を介してポンプ等の圧送手段１４及びタンク等の貯留手段１５が接続されている。又、噴出管１２には、下流側に向かう噴射孔１６が形成されている。

ここで第一の添加手段１０ａは、水銀酸化反応を生じる第一触媒８に対応してＨＣｌ等のハロゲン化ガスを噴射するようになっており、第二の添加手段１０ｂは、脱硝反応を生じる第二触媒９に対応してＮＨ_３等のアンモニアガスを噴射するようになっている。又、第一の添加手段１０ａ及び第二の添加手段１０ｂは、噴射時に高温の排ガスで溶液がガス化することから貯留手段１５等から液体のハロゲン化溶液又はアンモニア溶液を添加しても良い。更に第一の添加手段１０ａは、ＨＣｌ以外のＦ、Ｂｒ等の他のハロゲン化ガスを用いても良い。

又、第一の添加手段１０ａ及び第二の添加手段１０ｂを構成する噴出管１２は種々の構成があり、第一例から第三例の構成を示すと、第一例の構成は、図３、図４に示す如く二本の噴出管１２を流路４の断面で互いに直交するように互い違いに配置すると共に、供給管１３を二本の噴出管１２の手前で分岐させて二本の噴出管１２に接続している。第二例の構成は、図５に示す如く複数の噴出管１２を、流路４の断面で一方向で並列に並べると共に、他の複数の噴出管１２を、一方向の噴出管１２と直交する方向で並列に並べ且つ一方向の噴出管１２と互い違いになるように配置している。又、第二例の構成は、供給管１３を、一方向の噴出管１２の外方端、及び他方向の噴出管１２の外方端に接続している。第三例の構成は、図６、図７に示す如く一本の噴出管１２を流路４の断面で一方向（径方向）に配置していると共に、噴出管１２の噴射孔１６を、噴出管１２の延在方向に沿って複数列（図６では二列）に形成し、更にハロゲン化ガス又は／及びアンモニアガスを斜め下流の両側へ噴射するように構成している。又、第三例は、一列の噴射孔１６の配置を他列の噴射孔１６の配置と異なる間隔にし、噴射孔１６の位置が交互になるようにすることが好ましい。

一方、第一の絞り部１１ａ及び第二の絞り部１１ｂは、上流側から順に流路４の径を徐々に狭くする縮径部１７、流路４の狭い径を維持する筒状部１８、流路４の径を徐々に元に戻す拡径部１９からなる形状を備えている。

ここで第一の絞り部１１ａは、溝等の不要な凹凸を設けることなく、内周面を滑面にすると共に、縮径部１７及び拡径部１９に斜面を備え、ハロゲン化ガス及び排ガス中の灰や煤の付着を抑制するようにしている。又、第一の絞り部１１ａの内径は、排ガス中の灰や煤により閉塞することがなく且つハロゲン化ガスと排ガスの撹拌を十分に為し得る径で設定されている。

第二の絞り部１１ｂは、溝等の不要な凹凸を設けることなく、内周面を滑面にすると共に、縮径部１７及び拡径部１９に斜面を備え、アンモニアガス及び排ガス中の煤や灰の付着を抑制するようにしている。又、第二の絞り部１１ｂの内径は、排ガス中の煤や灰により閉塞することがなく且つアンモニアガスと排ガスの撹拌を十分に為し得る径で設定されている。

以下本発明を実施する形態例の作用を説明する。

石炭焚きボイラの火炉２からの排ガスを排ガス処理設備で処理する際には、最初に第一の添加手段１０ａの噴出管１２から流路４にハロゲン化ガスを噴霧して排ガスと混合し、第一の絞り部１１ａで排ガスの流速を上げ、排ガスとハロゲン化ガスを撹拌して濃度ムラを無くし、第一触媒８下での難燃性の水銀Ｈｇ^０とハロゲン化ガスとの反応により難燃性の水銀Ｈｇ^０を２価水銀Ｈｇ^２＋に形態変換させる。

次に、第二の添加手段１０ｂの噴出管１２から流路４にアンモニアガスを噴霧して排ガスと混合し、第二の絞り部１１ｂによって排ガスの流速を上げ、排ガスとアンモニアガスを撹拌して濃度ムラを無くし、第二触媒９下でのＮＯとアンモニアガスとの反応により脱硝を行う。ここでアンモニアガスを第一触媒８の上流側で添加した場合には、アンモニアが第一触媒８での触媒反応を阻害することから、第一触媒８と第二触媒９との間でアンモニアガスを添加することが好ましい。

その後、排ガス処理設備の集塵器６で灰や煤を取り除き、脱硫装置７で脱硫して煙突３から排ガスを外気へ放出する。

而して、このように実施の形態例によれば、第一の添加手段１０ａ及び第二の添加手段１０ｂによりハロゲン化ガスやアンモニアガス等の流体を流路４に添加して排ガスと混合すると共に、流路４の口径を狭くした第一の絞り部１１ａ及び第二の絞り部１１ｂにより添加手段の下流側で排ガスの流速を上げて排ガスと添加の流体を撹拌するので、濃度ムラを無くして添加の流体と効率良く反応させることができる。又、排ガス中に灰や煤が多量に含まれる場合であっても、複雑な処理や機器を用いた場合と異なり、添加手段と絞り部の簡易な構成で処理し得るので、灰や煤の付着を抑制して排ガスを適切に処理することができる。

実施の形態例において、石炭焚きボイラの火炉２から脱硝装置（脱硝手段）５までの流路４に第一の添加手段１０ａ、第一の絞り部１１ａ、第二の添加手段１０ｂ、第二の絞り部１１ｂを配置し、又、第一の添加手段１０ａは流体としてハロゲン化ガスを噴霧するように構成され、第二の添加手段１０ｂは、流体としてアンモニアガスを噴霧するように構成され、更に脱硝装置（脱硝手段）５は、水銀酸化反応を生じる第一触媒８を備えると共に、第一触媒８の下流側で脱硝反応を生じる第二触媒９を備えるので、第一の絞り部１１ａにより排ガスの流速を上げて排ガスとハロゲン化ガスとを好適に撹拌し、且つ第二の絞り部１１ｂにより排ガスの流速を上げて排ガスとアンモニアガスとを好適に撹拌する。よって濃度ムラを無くして排ガス中に含まれる難燃性の金属水銀Ｈｇ^０を形態変換して効率良く処理できると共に、排ガスの脱硝を適切に行うことができる。

実施の形態例において、第一の添加手段１０ａは、流路４の下流側に向けてハロゲン化ガスを噴霧する噴出管１２を備えると共に、第一の絞り部１１ａは、灰の付着を防止するように口径を徐々に絞る斜面を備えると、排ガスとハロゲン化ガスを好適に撹拌するので、濃度ムラを無くして排ガス中に含まれる難燃性の金属水銀Ｈｇ^０を形態変換して効率良く処理できる。又、第二の添加手段１０ｂは、流路４の下流側に向けてアンモニアガスを噴霧する噴出管１２を備えると共に、第二の絞り部１１ｂは、灰の付着を防止するように口径を徐々に絞る斜面を備えると、排ガスとアンモニアガスを好適に撹拌するので、濃度ムラを無くして排ガスの脱硝を最適に行うことができる。更に第一の添加手段１０ａ及び第二の添加手段１０ｂが図３、図４に示す第一例の構成で形成されると、単純な形状で排ガス中の灰や煤の付着を防止することができると共に、ハロゲン化ガス等の流体を二方向から均質に噴霧し、排ガスと適切に混合することができる。更に第一の添加手段１０ａ及び第二の添加手段１０ｂが図５に示す第二例の構成で形成されると、流路４の断面に対してハロゲン化ガス等の流体を極めて均質に噴霧し、排ガスと好適に混合することができる。更に第一の添加手段１０ａ及び第二の添加手段１０ｂが図６、図７に示す第三例の構成で形成されると、極めて単純な形状で排ガス中の灰や煤の付着を好適に防止することができると共に、ハロゲン化ガス等の流体を均質に噴霧し、排ガスと適切に混合することができる。

尚、本発明の排ガス処理設備の流体拡散装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、流体拡散装置を他の箇所に配置して他の流体の攪拌に用いても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 流体拡散装置
２ 火炉
４ 流路
５ 脱硝装置（脱硝手段）
６ 集塵器
８ 第一触媒
９ 第二触媒
１０ａ 第一の添加手段
１０ｂ 第二の添加手段
１１ａ 第一の絞り部
１１ｂ 第二の絞り部
１２ 噴出管
１６ 噴射孔

Claims (5)

1. 石炭焚きボイラの火炉から集塵器まで排ガスを流す流路に配置される排ガス処理設備の流体拡散装置であって、
   石炭焚きボイラの火炉から集塵器までの流路に位置して水銀酸化反応を生じる第一触媒と、
   第一触媒の下流側で且つ集塵器の上流側に位置して脱硝反応を生じる第二触媒と、
   石炭焚きボイラの火炉の下流側で且つ第一触媒の上流側に位置して排ガスにハロゲン化ガスを噴霧する第一の添加手段と、
   第一の添加手段の下流で且つ第一触媒の上流に位置して流路の口径を狭くする第一の絞り部と、
   第一触媒から第二触媒までの流路に位置して排ガスにアンモニアガスを噴霧する第二の添加手段と、
   第二の添加手段の下流で且つ第二触媒の上流に位置して流路の口径を狭くする第二の絞り部とを備えたことを特徴とする排ガス処理設備の流体拡散装置。
2. 第一の添加手段及び第二の添加手段は、流路の下流側に向けて流体を噴霧する噴出管を備えると共に、第一の絞り部及び第二の絞り部は、口径を徐々に絞る斜面を備えたことを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理設備の流体拡散装置。
3. 第一の添加手段は、二本の噴出管を流路の断面で互いに直交するように互い違いに配置する構成を備え、
   第二の添加手段は、二本の噴出管を流路の断面で互いに直交するように互い違いに配置する構成を備えた請求項１又は２に記載の排ガス処理設備の流体拡散装置。
4. 第一の添加手段は、複数の噴出管を流路の断面で一方向で並列に並べると共に、他の複数の噴出管を、一方向の噴出管と直交する方向で並列に並べ且つ一方向の噴出管と互い違いになるように配置する構成を備え、
   第二の添加手段は、複数の噴出管を流路の断面で一方向で並列に並べると共に、他の複数の噴出管を、一方向の噴出管と直交する方向で並列に並べ且つ一方向の噴出管と互い違いになるように配置する構成を備えた請求項１又は２に記載の排ガス処理設備の流体拡散装置。
5. 第一の添加手段は、噴出管の噴射孔を、噴出管の延在方向に沿って複数列に形成し、且つ下流方向で斜め両側へ向かうように形成する構成を備え、
   第二の添加手段は、噴出管の噴射孔を、噴出管の延在方向に沿って複数列に形成し、且つ下流方向で斜め両側へ向かうように形成する構成を備えた請求項１又は２に記載の排ガス処理設備の流体拡散装置。
   

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